JP2006066328A - 光源モジュール及びこの光源モジュールを用いた面照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤからの放射光の利用効率を高めるとともに、導光板への光の入光を均一化して被照明部材の表示品位を向上させることができる光源モジュールを提供する。
【解決手段】表面に凹部２を有する金属板１の当該凹部２に、絶縁層３及びパターン層４がこの順に形成されており、前記パターン層４上にＬＥＤチップ５が直接ボンディングされており、かつ、少なくとも前記パターン層４及びＬＥＤチップ５が封止材で封止されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は光源モジュール及びこの光源モジュールを用いた面照明装置に関する。さらに詳しくは、ＬＥＤを光源として用いており、携帯型電話機、ビデオカメラ、VＴＲ装置等において、液晶表示パネル等の画像表示パネルを裏面側から面状に照明するバックライトに好適に使用できる光源モジュール及びこの光源モジュールを用いた面照明装置に関する

携帯型電話機やビデオカメラ等の機器には、画像表示装置としての液晶表示装置が使用されており、この液晶表示装置においては、被照明部材としての液晶表示パネルを背面側から照明する面照明装置が一般に採用されている。かかる面照明装置では、従来より、光源として蛍光管等の線光源が多用されてきたが、近年における低消費電力化及び装置の小型化の要請に応じて、ＬＥＤからなる点光源が用いられるようになっている（例えば、特許文献１又は２参照）。

かかるＬＥＤは、通常、パッケージされた状態で金属製基板又はフェノール樹脂若しくはガラスエポキシ樹脂等の樹脂製基板上に所定のパターンで半田付けされ、光源モジュールの形で利用されている。この光源モジュールは、導光板の側方端面に沿うように、又は導光板の裏面ないしは背面に位置するように、両面接着テープやねじ等によりケーシングに固定され、ＬＥＤから放射された光を導光板の表面側に配設された液晶表示パネル等の被照明部材に供給している。なお、導光板の裏面ないしは背面に光源モジュールが配置される場合、ＬＥＤからの光はライトガイドやリフレクター等を経由して導光板内に投射される。

特公平３−３２０７５号公報 特開２００２−１０７７２１号公報

しかしながら、前述した従来の光源モジュールは、基板自体の反りや、ＬＥＤパッケージの製造上のばらつき等に起因して、当該光源モジュールと導光板との密着状態が場所により異なる結果、導光板への入光量に差が生じ、表示品位が悪くなることがある。これを改善するためには、導光板入光面にレンズ加工を施したり、拡散性物質を塗布、配置する等、面照明装置側の構造に工夫をする必要があり、コストアップの原因となる。
また、導光板に密着していない部位では、ＬＥＤから放射されたものの導光板に入光しない光が発生し、光の利用効率が悪くなる。このような導光板内に入光しない光を利用するためには、別途反射材を用いる等の対策を講じる必要があり、さらにコストアップの原因となる。
さらに、導光板の裏面ないしは背面に光源モジュールを配置する場合は、導光板に直接入光する方式でないため、光の利用効率が低く、またリフレクター等の別部材を必要とするため、構造が複雑になるとともにコストがかかっていた。

本発明は、このような従来技術の有する問題点を解消するためになされたものであり、ＬＥＤからの放射光の利用効率を高めるとともに、導光板への光の入光を均一化して被照明部材の表示品位を向上させることができる光源モジュール及びこの光源モジュールを用いた面照明装置を提供することを目的としている。

本発明の光源モジュールは、表面に凹部を有する金属板の当該凹部に、絶縁層及びパターン層がこの順に形成されており、前記パターン層上にＬＥＤチップが直接ボンディングされており、かつ、少なくとも前記パターン層及びＬＥＤチップが封止層で封止されていることを特徴としている。

本発明の光源モジュールでは、導光板の凹部内にＬＥＤチップが配置されているので、当該光源モジュールを導光板に密着させることができ、その結果、従来のような光の漏れ（ロス）がなくなり、リフレクター等の部材を用いることなく光の利用効率を大幅に向上させるとともに、導光板への入光量を均一にして被照明部材の表示品位を一定に保つことができる。また、基板にＬＥＤパッケージを半田付けしていた従来の光源モジュールのような凹凸がなく、表面がフラットであるので、無駄な空間がなくなり、装置の小型化を図ることができる。さらに、金属板にＬＥＤチップを直接ボンディングしているので、放熱性に優れ、ＬＥＤチップが発生する熱を速やかに外部に放熱することができる。その結果、ＬＥＤの光学特性を常に良好な状態に保つことができる。

前記凹部が、底面と、この底面から金属板の表面側に広がる２つの対向傾斜面とで構成されているのが好ましい。ＬＥＤチップの両側に傾斜面を配置することで、ＬＥＤチップの放射光の反射性を高め、光の利用効率を高めることができる。

また、本発明な面照明装置は、導光板の入光端面に、前述した光源モジュールを、前記ＬＥＤチップが入光端面と対向するように配置したことを特徴としている。前述した光源モジュールを用いることで、導光板に光源モジュールを密着して配置することが可能となり、その結果、従来のような光のロスがなくなり、リフレクター等の部材を用いることなく光の利用効率を大幅に向上させることができる。また、基板にＬＥＤパッケージを半田付けしていた従来の光源モジュールのような凹凸がなく、表面がフラットであるので、無駄な空間がなくなり、装置の小型化を図ることができる。さらに、金属板にＬＥＤチップを直接ボンディングしているので、放熱性に優れ、ＬＥＤチップが発生する熱を速やかに外部に放熱することができる。その結果、ＬＥＤの光学特性を常に良好な状態に保つことができる。

前記凹部が、底面と、この底面から金属板の表面側に広がる２つの対向傾斜面とで構成されているのが好ましい。ＬＥＤチップの両側に傾斜面を配置することで、ＬＥＤチップの放射光の反射性を高め、光の利用効率を高めることができる。

前記封止層には、非白色光を発生するＬＥＤチップの光から白色光（疑似白色光を含む）を発生させる物質を混入させることができる。当該物質としては、青色、近紫外、又は紫外の光を放射するＬＥＤを励起光源として白色光を発生する蛍光体などを採用できる。より具体的には、励起源として青色ＬＥＤを用いた場合には、黄色光が励起されるＹＡＧ蛍光体を採用でき、この場合、青色光と黄色光により白色光が得られる。また、励起源として近紫外・紫外ＬＥＤを用いた場合には、ＲＧＢ蛍光体を採用できる。

前記導光板の入光端面と光源モジュールとの間に断熱材又は光拡散部材が配設されているのが好ましい。断熱材を配設することで、光源モジュールから入光端面への熱伝達が抑制され、導光板の入光端面付近が熱劣化するのを防止することができる。また、光拡散部材を配設することで、光源モジュールからの光を拡散させて均一な状態で導光板の入光端面に入光させることができる。これにより、導光板の出射面の輝度の均一性を向上させることができる。

前記導光板及び光源モジュールが金属製ケーシング内に配設されており、前記光源モジュールが、当該金属製ケーシングの内周面と密着するよう配置されているのが好ましい。放熱性に優れた金属製ケーシングに光源モジュールを密着して配置することにより、光源モジュールからの熱を速やかに外部に放熱することができ、その結果、従来のＬＥＤ面照明装置の多くが必要としていたヒートシンクが不要となり、大幅なコストダウン及び装置の小型化を実現することができる。
前記導光板及び光源モジュールが金属製ケーシング内に配設されており、前記光源モジ
ュールと金属製ケーシングの内周面との間に、当該光源モジュールを囲む断面コ字状のリ
フレクター又は放熱部材が配設されているのが好ましい。リフレクターを設けることにより、ＬＥＤチップからの放射光を効率良く導光板の入光端面に入光させて光の利用効率を高めることができる。また、放熱部材を設けることで、光源モジュールからの熱を効率よく金属製ケーシングに伝達することができる。

本発明の光源モジュールはＬＥＤからの放射光の利用効率を高めるとともに、導光板への光の入光を均一化して被照明部材の表示品位を向上させることができる。

以下、添付図面に基づいて、本発明の光源モジュール及びこの光源モジュールを用いた面照明装置の実施の形態について詳細に説明する。
図１及び２は、それぞれ本発明の一実施の形態に係る光源モジュールＭの斜視説明図及び断面説明図を示しており、この光源モジュールＭは、凹部２を有する金属板１の当該凹部２にＬＥＤチップ５が配設された構成となっている。より詳細には、例えばアルミニウム、銅等放熱性の高い金属等からなる長尺の金属板１の一方の表面には長手方向に沿って凹部２が形成されている。この凹部２の断面（金属板１の長手方向と垂直な断面）の形状は、略逆台形状であり、底面２ａと、この底面２ａから金属板１の表面側に広がる２つの対向傾斜面２ｂとで構成されている。そして、この凹部２が形成された側の金属板１の表面には、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_２等からなる絶縁層３が設けられている。絶縁層３は、例えば印刷等により金属板１上に形成することができる。凹部２の底面２ａにおける絶縁層３の上には、パターン層４が櫛歯型(歯の部分が互いに入り組んでいる一対の櫛歯からなるパターン)に形成されている。前記パターン層４は、ＬＥＤチップ５に電気的に接続されて当該ＬＥＤチップ５に駆動用電力を供給する電極の役割を果たしている。ＬＥＤチップ５は、前記パターン層４上に直接ボンディングされており、導通時に特定の色調、例えば赤、黄、緑、青等の光を放射する。なお、図２において、６はワイヤボンディングを示している。

前記パターン層４及びＬＥＤチップ５は、主としてこれらパターン層４及びＬＥＤチップ５を保護するために、封止層７によって封止されている。この封止層７の材質としては、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、スチレン系ポリマー、透明（耐熱）ポリイミド、透明性フッ素樹脂、シクロオレフィンポリマー等を用いることができるが、耐熱性や寿命（輝度劣化）への影響に差があるのでシリコーン樹脂を用いるのが好ましい。前記封止層７は、その上面７ａが金属板１の上面１ａと面一になるように前記凹部２内に形成するのが好ましい。これにより、導光板の入光端面と密接に接触することができ、ＬＥＤチップ５から放射される光の入光効率を高めることができる。

前記金属板１の凹部２の断面形状は、金属板１の上面１ａから突出することなくＬＥＤチップ５を内部に収容することができるかぎり、どのようなものであってもよく、本発明において特に限定されるものではない。例えば、図１〜２に示される逆台形状以外に、円弧状（図３参照）、中央部が直線で、両端が円弧状のもの（図４参照）を採用することができる。

凹部２の傾斜面２ｂは、例えば銀ペースト等反射性をもつ物質を塗布する等して反射性を高めるのが好ましく、これによりこの傾斜面２ｂをリフレクターとして利用し、ＬＥＤチップ５から放射される光の利用効率を高めることができる。
金属板１は、一体成型により作製してもよいが、凹部２の形状が複雑である等の理由により一体成型が難しい場合や、高反射性の部材で傾斜面２ｂを構成したい場合等には、２種以上の部材で作製することもできる（図５参照）。

前記ＬＥＤチップ５は、金属板１の長手方向に沿って通常複数個配設されるが、その個数は、装置の発光面積や必要とする明るさ、ＬＥＤチップ５の輝度、さらには許容される消費電力等を考慮して選定することができる。また、その配置も、必要とするＬＥＤチップ５の数や凹部２の寸法等を考慮して選定することができ、図１に示されるように直線状に配置する以外に、例えば千鳥状に配置したり（図７参照）、複数個を１グループとし、このグループを所定のピッチで配置することもできる。図８は、４個のＬＥＤチップ５を正方形状に配置したものを１グループとし、このグループを所定のピッチで金属板１の長手方向に沿って複数配置した例を示している。

図９は本発明の光源モジュールＭの他の実施の形態の平面説明図であり、この実施の形態では、隣接するＬＥＤチップ５間にリフレクターの機能を果たす隔壁１６が形成されている。この隔壁１６は、図９〜１０に示されるように、両側に傾斜面１６ａを有しており、ＬＥＤチップ５から放射された光をこの傾斜面１６ａで反射して導光板の入光端面に入光させることで、光の利用効率を高めている。この傾斜面１６ａに対しても、例えば銀ペースト等反射性をもつ物質を塗布する等して反射性を高め、さらに光の利用効率を高めることができる。

光源モジュールＭから放射される光の色は、本発明においてとくに限定されるものではなく、液晶表示パネル等の被照明部材の仕様に応じて適宜選定することができるが、例えば、青色ＬＥＤチップをパターン層上にボンディングし、封止層７を構成するエポキシ樹脂等の封止材にＹＡＧ蛍光体を混入させることで、疑似白色光を得ることができる。
また、近紫外・紫外線ＬＥＤチップをパターン層上にボンディングし、封止層７を構成するエポキシ樹脂等の封止材にＲＧＢ蛍光体を混入させることで、白色光を得ることができる。
さらに、同じく青色ＬＥＤチップをパターン層上にボンディングした金属板を透明な合成樹脂で封止した後、この合成樹脂製の封止層にスクリーン印刷等により黄色の膜を形成したり、又は前記封止層上に黄色に着色された透光性の部材を配置することによっても、疑似白色光を得ることができる。

また、光源モジュールＭは、単一色の光源としてもよいし、複数色の混色光源としてもよいが、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の混色光源をサイドライト方式で用いる場合、金属板の中央に一列かつ等ピッチでＲ、Ｇ及びＢのＬＥＤチップを配置するのが好ましい。Ｒ、Ｇ及びＢのＬＥＤチップを縦方向に配置（金属板の長手方向に垂直な方向に配置。図６参照）すると、導光板の入光端面近辺において、視野角を振った場合に表示品位が変化するからである。なお、多い光量が必要な場合は、発光量の多いＬＥＤチップを選定するか、又はＬＥＤチップ間のピッチを短くすることで対処することができる。また、Ｒ、Ｇ及びＢのＬＥＤチップの必要な個数は、ＬＥＤチップの仕様（ＬＥＤチップメーカーや品種により異なる）により変化し、必ずしも同数とはならないが、その場合でも、表示品位を均一にするためにできるだけ同色のＬＥＤチップが隣り合わない配置とするのが好ましい。

つぎに本発明の光源モジュールＭを用いた面照明装置Ｌの実施の形態について説明する。
図１１に示される面照明装置Ｌは、導光板８と、この導光板８の入光端面８ａ（導光板の側方の端面のうち、光源モジュールからの光が入光する端面のこと）に沿って配設された光源モジュールＭと、前記導光板８及び光源モジュールＭを収納する金属製ケーシング１２とで構成されている。この光源モジュールＭは、図１〜１０を用いて説明したように、表面に凹部２を有する金属板１の当該凹部２に、絶縁層及びパターン層（図１１〜１４では図示せず）がこの順に形成されており、前記パターン層上にＬＥＤチップ５が直接ボンディングされており、かつ、少なくとも前記パターン層及びＬＥＤチップ５が封止層（１１〜１４では図示せず）で封止されているものであり、前記ＬＥＤチップ５が導光板８の入光端面８ａと対向するように配置されている。導光板８の裏面８ｂ側（図１１において下方側）には、当該裏面８ａと対向して反射シート９が配設されている。この反射シート９は、実際には導光板８の裏面８ａ及び金属製ケーシング１２の内面と当接した状態で金属製ケーシング１２内に配設されているが、図１１〜１４では、分かりやすくするために間に空間を設けた状態で描いている。反射シート９は、白色ポリエチレンテレフタレート等の光反射性に優れたフィルムで形成されており、導光板８の裏面８ｂから出射した光を反射して導光板８内に戻す役割を果たしている。

前記導光板８及び光源モジュールＭは、互いに密着するように、かつ金属製ケーシング１２の内面に密着するように、当該金属製ケーシング１２内に収納されている。導光板８と光源モジュールＭを密着させることで、光源モジュールＭのＬＥＤチップ５からの放射光の漏れがなくなり、光の利用効率を大幅に向上させることができる。また、放熱性に優れた金属製ケーシング１２に光源モジュールＭを密着させているので、ＬＥＤチップ５が発生する熱を金属製ケーシング１２を介して効率よく放熱することができる。その結果、従来のＬＥＤ面照明装置の多くが必要としていたヒートシンクが不要となり、大幅なコストダウン及び装置の小型化を実現することができる。

図１２は本発明の面照明装置Ｌの他の実施の形態の部分断面説明図である。この実施の形態に係る面照明装置Ｌは、導光板８の入光端面８ａと光源モジュールＭとの間に断熱材１０が配設されている点を除き、図１１に示される面照明装置Ｌと同じ構成である。したがって、共通する構成についての説明は省略する。図１２に示される面照明装置Ｌは、導光板８の入光端面８ａと光源モジュールＭとの間に断熱材１０が配設されているので、駆動により熱を発するＬＥＤチップ５を有する光源モジュールＭから入光端面８ａへの熱伝達が抑制され、導光板８の入光端面８ａ付近が熱劣化するのを防止することができる。

図１３は本発明の面照明装置のさらに他の実施の形態の部分断面説明図である。この実施の形態に係る面照明装置Ｌは、導光板８の入光端面８ａに光拡散部材１１が当該入光端面８ａに当接して配置されており、そしてこの光拡散部材１１と光源モジュールＭとの間にスペーサー１３が配設されている。光拡散部材１１は、光源モジュールＭからの光を拡散させて均一な状態で導光板８の入光端面８ａに入光させるための部材であり、例えば透光性樹脂シートにレンチキュラー状の加工を施したものを用いることができる。スペーサー１３は、光源モジュールＭからの熱が光拡散部材１１に伝達されるのを抑制する役割を果たしており、これにより光拡散部材１１の光学特性が熱により劣化するのを防ぐことができる。なお、１４は導光板８から出射される光の利用効率を高めて輝度を向上させるのに用いられるレンズシート等の光学シートである。また、導光板８や光源モジュールＭ等の他の構成は図１１に示されるものと同じであるので、それらの説明は省略する。

図１４は本発明の面照明装置の他の実施の形態の部分断面説明図である。この実施の形態では、光源モジュールＭと金属製ケーシング１２の内周面との間に、当該光源モジュールＭを囲む断面コ字状のリフレクター１５が配設されている。このリフレクター１５はアルミニウム、真ちゅう等の高反射性の材料で作製されており、かかるリフレクター１５を設けることで、ＬＥＤチップ５からの放射光を効率良く導光板８の入光端面８ａに入光させて光の利用効率を高めることができる。光源モジュールＭと入光端面８ａとの間には、スペース１７が設けられており、これにより光源モジュールＭから入光端面８ａへの熱伝達が抑制され、導光板８の入光端面８ａ付近が熱劣化するのを防止することができる。このスペース１７に代えて、断熱材１０（図１２参照）を光源モジュールＭと導光板８の入光端面８ａとの間に設けてもよく、この場合も、光源モジュールＭから入光端面８ａへの熱伝達を抑制することができる。また、図１３に示されるような光拡散部材１１及びスペーサー１３を前記スペース１７に配設することもできる。この場合は光の反射効率及び拡散効率の両方を向上させることができ、光の利用効率をさらに高めることができる。なお、導光板８や光源モジュールＭ等の他の構成は図１１に示されるものと同じであるので、それらの説明は省略する。

なお、図１１〜１４に示される実施の形態における構成を適宜組み合わせたり、変更することができる。例えば、図１１〜１２に示される実施の形態において、図１３に示される光学シート１４を導光板８の出射面側に配置することができる。また、光源モジュールＭの発熱量があまり多くない場合は、図１４におけるスペース１７を省略して、光源モジュールＭを導光板８の入光端面８ａに当接させることもできる。さらに、図１４に示される実施の形態において、断面コ字状のリフレクター１５に代えて、銅、アルミニウム等からなる放熱性部材を用いることができ、この場合、光源モジュールＭからの熱を効率よく金属製ケーシングに伝達することができる。
また、金属製ケーシングに代えて、熱伝導性プラスチック等の放熱性の材料で作製されたケーシングを用いることもできる。

本発明の光源モジュールの一実施の形態の斜視説明図である。 本発明の光源モジュールの一実施の形態の断面説明図である。 光源モジュールにおける金属板の一例の断面説明図である。 光源モジュールにおける金属板の他の例の断面説明図である。 光源モジュールにおける金属板のさらに他の例の断面説明図である。 光源モジュールにおけるＬＥＤチップの一配置例の平面図である。 光源モジュールにおけるＬＥＤチップの他の配置例の平面図である。 光源モジュールにおけるＬＥＤチップのさらに他の配置例の平面図である。 本発明の光源モジュールの他の実施の形態の平面説明図である。 図９に示される光源モジュールのＡ−Ａ線断面図である。 本発明の面照明装置の一実施の形態の部分断面説明図である。 本発明の面照明装置の他の実施の形態の部分断面説明図である。 本発明の面照明装置のさらに他の実施の形態の部分断面説明図である。 本発明の面照明装置の他の実施の形態の部分断面説明図である。

符号の説明

１金属板
２凹部
３絶縁層
４パターン層
５ＬＥＤチップ
７封止層
８導光板
１０断熱材
１１光拡散部材
１２金属製ケーシング
１５リフレクター
Ｍ光源モジュール
Ｌ面照明装置

Claims (10)

1. 表面に凹部を有する金属板の当該凹部に、絶縁層及びパターン層がこの順に形成されており、前記パターン層上にＬＥＤチップが直接ボンディングされており、かつ、少なくとも前記パターン層及びＬＥＤチップが封止層で封止されていることを特徴とする光源モジュール。
2. 前記凹部が、底面と、この底面から金属板の表面側に広がる２つの対向傾斜面とで構成されている請求項１に記載の光源モジュール。
3. 導光板の入光端面に、請求項１に記載の光源モジュールを、前記ＬＥＤチップが入光端面と対向するように配置したことを特徴とする面照明装置。
4. 前記凹部が、底面と、この底面から金属板の表面側に広がる２つの対向傾斜面とで構成されている請求項３に記載の面照明装置。
5. 前記封止層には、非白色光を発生するＬＥＤチップの光から白色光を発生させる物質が混入されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の面照明装置。
6. 前記導光板の入光端面と光源モジュールとの間に断熱材が配設されている請求項３〜５のいずれかに記載の面照明装置。
7. 前記導光板の入光端面と光源モジュールとの間に光拡散部材が配設されている請求項３〜５のいずれかに記載の面照明装置。
8. 前記導光板及び光源モジュールが金属製ケーシング内に配設されており、前記光源モジュールが、当該金属製ケーシングの内周面と密着するよう配置されている請求項３〜６のいずれかに記載の面照明装置。
9. 前記導光板及び光源モジュールが金属製ケーシング内に配設されており、前記光源モジュールと金属製ケーシングの内周面との間に、当該光源モジュールを囲む断面コ字状のリフレクターが配設されている請求項３〜７のいずれかに記載の面照明装置。
10. 前記導光板及び光源モジュールが金属製ケーシング内に配設されており、前記光源モジュールと金属製ケーシングの内周面との間に、当該光源モジュールを囲む断面コ字状の放熱部材が配設されている請求項３〜７のいずれかに記載の面照明装置。

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